VERSIONE 9.3.01 Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Introduzione I settori dell'elettronica Lo sviluppo storico di TLC e Informatica Linee evolutive Informazione e mondo fisico Gestire X è un attività di natura informazionale: è basata sul trattamento di informazione relativa a X Se l X da gestire è un processo per la produzione di beni materiali, le competenze necessarie in una tale gestione riguardano perciò: sia il mondo fisico, relativamente al cosa gestire di X, sia il mondo dell informazione, relativamente al come gestire X In questo senso, le competenze di area informazionale sono di carattere metodologico, e come tali tipicamente trasversali ai contenuti disciplinari più specificamente orientati ai contenuti dell X da gestire Le relazioni tra mondo fisico e mondo dell informazione costituiscono il sottofondo concettuale del corso di SEM Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 2
Il ruolo della strumentazione di misura Le misurazioni sono operazioni tipicamente finalizzate ad acquisire informazione dal mondo fisico e come tali hanno una funzione di ponte tra mondo fisico e mondo dell informazione Mentre alcuni corsi si occupano del mondo fisico (per esempio i corsi di fisica) e altri del mondo dell informazione (per esempio i corsi di matematica), SEM ha come oggetto il trattamento dell informazione qualificato a partire dalle caratteristiche di sistemi fisici: da cui si vuole ottenere informazione ed eventualmente sul cui comportamento si vuole influire (problemi della misurazione e del controllo) che si vogliono usare a supporto del trattamento (problemi dell elaborazione e della trasmissione in particolare) in accordo alla duplice funzionalità della strumentazione di misura, che è dotata di capacità sia di acquisizione ( sensing ), sia di elaborazione ( processing ) (e, sempre più spesso, anche di trasmissione) dell informazione Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 3 Segnali Paradigmatica di questo essere nel mezzo tra mondo fisico e mondo dell informazione è la transizione concettuale: A. dinamica di un sistema fisico B. segnale C. successione numerica Mentre A attiene al mondo fisico e C attiene al mondo dell informazione rispettivamente, B riguarda entrambi, appunto perché un segnale è un entità informazionale considerata dal punto di vista della sua base fisica Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 4
Misure mediante strumentazione elettronica Ogni strumento di misura è dotato di un trasduttore impiegato come sensore, cioè di un dispositivo sensibile a una grandezza fisica e che, posto in interazione con un sistema fisico che manifesta quella grandezza, produce come risultato di tale interazione una grandezza dipendente funzionalmente dalla prima Dunque un trasduttore opera una trasformazione funzionale di una grandezza di input in una grandezza di output Le grandezze in input, cioè da misurare, sono le più diverse Le grandezze in output vengono scelte in base alla trattabilità dell informazione che esse portano e le grandezze elettriche sono ben trattabili Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 5 Cosa significa elettronica? a partire dall elettrotecnica sviluppata nel XIX secolo in assenza di un modello atomico della materia 1892: H.A.Lorentz ipotizza l esistenza dell elettrone 1897: J.J.Thomson individua l elettrone 1909: R.A.Millikan misura la quantità di carica dell elettrone 1904: J.A.Fleming introduce il diodo termoionico il primo dispositivo elettronico Cosa caratterizza l elettronica rispetto all elettrotecnica? il riferimento a fenomeni micro (elettroni-ca) la conduzione non (solo) nei metalli l enfasi sulla gestione dell informazione e non più dell energia Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 6
Elettronica come tecnologia per la gestione dell informazione Tecnologia Scienza, tecnica e tecnologia Gestione Acquisizione + Elaborazione + Trasmissione + Controllo Informazione e non energia (e non materia) Informazione mediante segnali elettrici ottenuti dal moto di particelle cariche o alla propagazione di onde elettromagnetiche generati mediante dispositivi elettronici Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 7 Componenti e sistemi Ogni componente elettronico tipicamente compie un determinato trattamento sul segnale (amplificazione, modulazione, filtraggio, ) I sistemi elettronici vengono progettati assemblando componenti e (sempre più spesso) assegnandone la funzione via software Interfaccia con l utente Software di controllo Schema del sistema HW Funzioni dei componenti Fisica dei componenti Livelli di visibilità differenti: ognuno nasconde quelli sottostanti e consente un approccio sistemico che astrae, in una certa misura, dai dettagli propri dei livelli inferiori Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 8
L'industria elettronica e i suoi settori Telecomunicazioni Communication Informatica (HW & SW) Computing Strumentazione di misura e Control controlli automatici Elettronica civile e professionale Consumer Componentistica / Components con una dinamica di evoluzione push pull Mercato USA, 1995 (G$) 120 100 80 60 40 20 0 Control Consumer Computing Components Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 9 Lo sviluppo storico delle TLC A partire dallo schema generale di sistema di TLC: Sorgente Trasmettitore Canale Ricevitore Destinatario Telegrafo (~1840) Telefono (~1880) Radio (~1900) Televisione (~1940) Problemi relativi a: * trasduttori e componentistica * codifica dell'informazione * commutazione e sistemi di broadcasting Sistemi negli USA, per 1000 abitanti 600 500 400 300 200 100 0 1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 Telefono Radio Televisione Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 10
Lo sviluppo storico dell Informatica Dai calcolatori meccanici ed elettromeccanici (primi decenni del 900) al primo calcolatore elettronico (entrato in funzione nel 1947): Electronic Numerical Integrator And Computor (ENIAC) 18 000 tubi a vuoto; nessuna parte in movimento meccanico; 13 tonnellate; 180 m 2 100 khz; 300 moltiplicazioni/s; memoria decimale di 20 numeri da 10 cifre All epoca, un radio ricevitore medio: 10 tubi; un sistema radar complesso: 400 tubi a oggi L architettura di Von Neumann e il concetto di programmabilità telematica: communication + computing Unità centrale di elaborazione B u s Memoria centrale Dispositivi di interfaccia Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 11 Il microprocessore: computer in a chip 1971, Intel 4004: dati in 4 bit e istruzioni in 8 bit memoria 1K dati e 4K programmi 2k transistor clock 740 khz 2001, Intel Pentium 4: dati e istruzioni in 32 bit memoria dati e programmi >1T 100M transistor clock 1,5 GHz Oggi i sistemi basati su microprocessore sono (nascosti) ovunque cosa che sta generando una progressiva confluenza dei settori automazione industriale: control + computing videogiochi: consumer + computing Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 12
Alcune chiavi di lettura / linee evolutive Verso usi alternativi dell etere risorsa scarsa (terminali fissi e mobili) Da unimediale a multimediale ( banda stretta e banda larga ) Da analogico a digitale (nei sistemi e nel formato dell informazione) Da sistemi proprietari e chiusi a sistemi standard, aperti e interconnessi Da sistemi centralizzati a sistemi distribuiti Da technology-driven ad application-driven Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 13 Lo sviluppo storico della componentistica 1904: diodo termoionico 1907: triodo termoionico sviluppo delle tecnologie a vuoto 1947: transistor sviluppo delle tecnologie a stato solido discrete 1958: circuito integrato sviluppo delle tecnologie a stato solido integrate 1971: microprocessore Scale integration: SSI (small): 1-10 componenti MSI (medium): 10-10 2 LSI (large): 10 2-10 4 VLSI (very large): 10 5-10 6 e oltre La legge di Moore Elettronica: una tecnologia per la gestione dell informazione Slide 14